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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Convertidor de voltaje en el microcontrolador para alimentar el dispositivo de medición. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores El dispositivo propuesto es un convertidor de CC de 3 V a CC de 9 V. Tiene las dimensiones de una batería Krona de nueve voltios y está destinado a reemplazarlo en instrumentos de medición autoalimentados. Fuente de voltaje primario: dos celdas galvánicas de sal o alcalinas de tamaño AAA. Es posible utilizar pilas Ni-MH del mismo tamaño. Eficiencia del convertidor - 66...81%. El circuito convertidor se muestra en la fig. 1. Su componente principal es un microcontrolador ATtiny13A-SU (DD1) controlado por un oscilador RC interno. El convertidor elevador de voltaje se implementa en un transistor VT1, un inductor L1, un diodo Schottky VD1 y un capacitor C4. El transistor VT2 desconecta la carga del convertidor en el modo de "reposo" del microcontrolador. El diodo Zener VD2 y la resistencia R5 protegen los elementos del convertidor en caso de interrupción (apagado) de la carga. En funcionamiento normal, no hay corriente a través del circuito de protección.
El convertidor está diseñado para funcionar con una carga constante. Su tensión de salida no está estabilizada y depende de la tensión de alimentación. Por ejemplo, cae a 7,6 V cuando el suministro cae a 2,5 V. Para un uso más completo de la energía de la fuente de alimentación primaria y manteniendo el voltaje de salida en un nivel dado, el microcontrolador DD1, al iniciar el convertidor, verifica el voltaje en su salida. Para hacer esto, parte del voltaje de salida de la resistencia de corte R4 se alimenta a la entrada PB4 del microcontrolador, que funciona en el modo de entrada del comparador de voltaje incorporado. Todos los componentes del transductor se colocan sobre una placa de 48x26 mm fabricada en fibra de vidrio de 1 mm de espesor laminada por ambas caras. Su dibujo y disposición de las piezas se muestran en la Fig. 2. En el costado de la placa, sin partes, se sueldan cuatro contactos para conectar las baterías en los orificios destinados a ellas. Los contactos están cortados en chapa de latón de 0,3 mm de espesor. La altura del contacto es de 10 mm, el ancho es de 5...8 mm, la longitud del pétalo para soldar en el orificio es de 2 mm, el ancho es de 1,5 mm.
Los capacitores de óxido son TECAP de tamaño D, otros capacitores y resistencias son de tamaño 1206 para montaje en superficie. Resistencia de ajuste R4 - SP3-19a-0,5 W, inductor L1 - LQH43CN101K. La elección del inductor afecta significativamente la eficiencia del convertidor. Por ejemplo, reemplazar el estrangulador mencionado anteriormente con un RLB0712 un poco más grande aumenta la eficiencia en un 3 ... 5%, pero, desafortunadamente, las dimensiones del convertidor van más allá de las dimensiones de la batería Krona. Para montar este inductor en la placa, se proporcionan pads de contacto con orificios, marcados como L1'. Está montado en una posición "acostada". Reemplazar el diodo BAT1 originalmente utilizado en una de las opciones de convertidor como VD41 con un MBR0540 permitió aumentar la eficiencia en un 2%. En la fig. 3, y desde el lado de la instalación de baterías - en la fig. 4.
Arroz. Fig. 4. Vista del convertidor ensamblado desde el lado donde se instalan las baterías El programa del microcontrolador utiliza su temporizador PWM rápido de ocho bits y su comparador analógico. La frecuencia de repetición de pulso con PWM se elige igual a 37500 Hz, el máximo posible a una frecuencia de reloj de microcontrolador de 9,6 MHz. Una fuente de voltaje de referencia interna está conectada a la entrada no inversora AI N0 del comparador analógico. Таблица
1 - no programado
El voltaje de salida controlado suministrado al pin PB4 del microcontrolador se alimenta a la entrada inversora del comparador AIN1 a través del multiplexor ADC. El estado de salida del comparador ACO es verificado por el controlador de interrupción de desbordamiento del temporizador T0. Cuando ACO=1, se produce un incremento del valor en el registro de comparación del temporizador, lo que aumenta el ciclo de trabajo de los pulsos que controlan el transistor VT1 del convertidor. Con ACO=0, este valor permanece invariable porque la tensión de salida ya ha alcanzado los 9V configurados. El temporizador de apagado del convertidor está implementado en el software y es un contador decrementado por interrupciones del temporizador T0. El valor inicial escrito en los registros de este contador es calculado por el programa utilizando la fórmula N=Toff37500, donde Toff - la duración requerida del convertidor antes del apagado, s; 37500 - frecuencia de repetición de pulso de control, Hz. El programa se da Toff= 900 s (15 min). Después de este tiempo, el microcontrolador "se duerme", pasando al modo de consumo de microenergía POWER DOWN. Es posible controlar el convertidor utilizando el botón opcional SB1, cuya conexión se muestra en el diagrama de la fig. 1 con líneas discontinuas. Una solicitud de interrupción externa, generada al presionar este botón, devuelve el microcontrolador "dormir" al modo operativo. Y si hace clic en él mientras el convertidor se está ejecutando, el microcontrolador cambiará del modo de funcionamiento al modo de "reposo", apagando el convertidor. Para operar el botón en varios modos, el programa genera retrasos con una duración de 0,5 s. En el modo de "reposo" del microcontrolador, el convertidor consume solo 6 ... 10 μA, por lo tanto, si hay un botón en el interruptor SA1, no es necesario y se puede omitir reemplazándolo con un puente. Si falta el botón SB1, luego de que haya expirado el temporizador de apagado, solo es posible encender el convertidor con el interruptor SA1 después de dos minutos. Durante este tiempo, con el interruptor abierto, el microcontrolador consume la energía almacenada en el condensador C2 y se encuentra en modo "dormir". El convertidor está diseñado sin estar vinculado a un tipo específico de dispositivo de medición que requiera una tensión de alimentación de 9 V. La modificación de dicho dispositivo se reduce a instalar un interruptor SA1 o un botón SB1 en él. Para mayor comodidad, se pueden conectar al convertidor mediante conectores en miniatura. El reemplazo inverso del convertidor con la batería Krona no causa dificultades. Después de montar todas las piezas en la placa, excepto el inductor L1 y comprobar si hay circuitos abiertos o cortocircuitos, ajuste el control deslizante de la resistencia R4 en la posición media y proceda a programar el microcontrolador. Los códigos del archivo CONVERTER-DC2.hex adjunto al artículo deben cargarse en la memoria del programa del microcontrolador. Su configuración debe ser programada de acuerdo a la tabla. Tenga en cuenta que el bit CKDIV8 programado por el fabricante del microcontrolador debe desprogramarse. Todos los pads necesarios para la conexión con el programador están disponibles en la placa. Si el programador funciona solo con una tensión de alimentación de 5 V, aplique la misma tensión al circuito de alimentación del microcontrolador. Será necesario suministrar un voltaje de 3 V a la placa después de una programación exitosa. Mida la corriente consumida por el medidor con el que se utilizará el convertidor y cargue el convertidor con una resistencia de resistencia adecuada. Después de instalar el inductor L1 en su lugar, aplique energía al convertidor y ajuste el voltaje de salida con una resistencia de sintonización R4, haciéndolo igual a 9 V. Mover el control deslizante de la resistencia de corte a su salida más baja de acuerdo con el circuito aumenta el voltaje de salida y lo disminuye en la dirección opuesta. Tenga en cuenta que el programa cambia el voltaje de salida solo cuando se enciende la alimentación o cuando el microcontrolador se despierta del modo de suspensión. Apague el inversor, conéctelo a una carga real y vuelva a encenderlo. Si el voltaje difiere del requerido, corríjalo con una resistencia de ajuste R4. Luego mida la corriente extraída de G1 y G2 y calcule la eficiencia del convertidor. Para una de las muestras que realicé, resultó ser del 74 % a una tensión de alimentación de 3 V y del 64 % a 2 V. Con un convertidor en el que está instalado el estrangulador RLB0712, una eficiencia del 78 % y 66 %, respectivamente , fue obtenido. Si, con un voltaje de entrada de 3 V y una corriente de carga de 6 mA, el voltaje de salida se establece en 9,2 V, entonces con un voltaje de entrada de 2 V, se reducirá a 8,5 V. Con una mayor descarga de la batería de suministro, cuando el voltaje de salida cae a 6,5 V, aparece el símbolo de batería baja en el indicador del dispositivo de medición. Hice dos copias del convertidor: una para alimentar el multímetro DT930F+ y la segunda para el medidor de capacitancia e inductancia MY6243. Estos dispositivos no tienen temporizador para dormir, por lo que no era raro que se agotaran por completo las baterías debido a los olvidos. Después de instalar convertidores en ellos, tales problemas se detuvieron. El programa del microcontrolador se puede descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/conv.zip. Autor: N. Salímov
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